在24V总线工业应用中线性稳压器与开关式稳压器对比分析

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　　作者：德州仪器 （ TI） 电源管理组 产品营销经理Rich Nowakowski和应用 工程师兼技术员组成员Robert Taylor
　　图1 集成MOSFET的开关式（降压） 转换器

　　图2 集成、宽输入电压线性稳压器

　　线性稳压器已存在了许多年。一些设计人员仍然把已存在了20多年之久的线性稳压器用于众多新老项目。另一些设计人员则通过离散组件制作出属于自己的线性稳压器。在进行宽范围电压转换时，线性稳压器的简单性是一个难以超越的优势。但是，如果压降过大，则24V总线的低 电流应用（例如： 工业应用或者HV AC控制等）可能会遇到热问题。幸运的是，设计人员现在有许多选择，可以使用小型、高效、宽输入电压开关式稳压器。
　　本文将对24V总线、100mA和5V输出的三种不同解决方案进行比较。我们把一个同步 降压转换器与一个集成线性稳压器和一个离散线性稳压器进行对比。通过比较它们的尺寸、效率、散热性能、瞬态响应、噪声、复杂度和成本，帮助广大设计人员选择最能满足某个特殊应用要求的解决方案。
　　比较条件
　　大多数工业应用都使用24V总线，并要求5V电压来驱动各种负载，例如：逻辑和低电流 微处理器等。我们选择100mA的输出电流，原因是它可适应许多逻辑和 处理器负载。但是，功耗水平会影响我们使用开关式稳压器还是线性稳压器的决定。图1、2和3所示电路均建立在相同电路板基础上，并使用相同额定值的1µF输入和4.7µF输出陶瓷 电容器。
　　图1所示设计使用一个具有集成MOSFET的同步降压转换器，即德州仪器的TPS54061。注意，该电路并不要求使用一个保护 二极管，但却包含了1个电感、5个 电容器和4个 电阻器。该器件还使用了外部补偿，并使用与图2和图3所示线性电路一样的输入和输出电容器。
　　图2所示设计使用了一个集成、宽输入电压线性稳压器，即德州仪器的LM317，它是一种具有1.5A输出能力的流行工业标准稳压器。该电路使用2个外部 电阻器和2个外部电容器。输入和输出电压的巨大差异，要求双decawatt封装（DDPak）的低热电阻。
　　图3显示的是一个离散线性稳压器，它使用一个 晶体管和一个 齐纳二极管，并有2个外部电容器和4个外部电阻器。5.6V下时，齐纳二极管损坏，该电压被馈给NPN晶体管的基极。由于存在基极-发射极压降，输出被调节至~5 V。外部电阻器用于帮助降低NPN晶体管的功耗。